高代數陰離子樹枝狀聚酰胺-胺的研究

微粒助留助濾體系發揮作用的關鍵是微粒組分。目前應用最廣泛的是膠體硅、膨潤土等無機陰離子微粒，而有機陰離子微粒仍未得到廣泛使用。有機微聚物可以結合有機高分子聚合物和無機微粒兩者的優勢，既具有柔性的分子鏈、可控的電荷密度和功能基，又具有理想無機微粒的離子化表面和三維納米結構，有望成為更加有效的助留助濾體系中的微粒組分。

研究表明，有機微粒與無機微粒協同作用可以使濕部過程更容易控制，且取得成紙光學性能、抗張強度和透氣度的較好平衡。樹枝狀大分子是由重復增長反應合成而來的高度支化且結構精確的分子，其本身具有納米尺寸和較大的比表面積，外層聚集大量的端基官能團。通過對端基官能團的改性可以獲得不同用途的產品。

低代數的樹枝狀大分子擁有開放的表面結構且分子呈不對稱的蝶形，而第5代及更高代數的樹枝狀大分子擁有更封閉、緊密的表面結構，幾乎呈球狀，非常適于用作微粒助留助濾體系中的微粒組分。

將不同代數的陰離子樹枝狀聚酰胺-胺(A-Gn.5PAMAM)作為有機陰離子微粒組分，與星形陽離子聚丙烯酰胺S-CPAM、陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)組成有機微粒助留助濾體系，研究了其對漂白舊報紙脫墨漿的作用效果。
 

1  A-Gn.5PAMAM的制備

稱取一定量的Gn.5PAMAM于平底燒瓶中，加入適量蒸餾水溶解。將等量的氫氧化鈉用少量蒸餾水溶解后，加入平底燒瓶中與Gn.5PAMAM混合，并用蒸餾水調節至所需的反應濃度。在室溫、磁力攪拌下反應24h后，反應物經旋轉蒸發，得到淡黃色黏稠物。用乙醚洗滌數次，置于真空干燥箱中干燥，得淡黃色固體粉末，即為A-Gn.5PAMAM。
 

2  A-Gn.5PAMAM的表征

A-Gn.5PAMAM的外層末端基-COONa使其表面呈陰離子性。不同酸堿體系下，A-Gn.5PAMAM的陰電荷密度見表1。

表1  體系pH值對A-Gn.5PAMAM的陰電荷密度的影響

 

由表1可以看出，在相同的pH值條件下，隨著A-Gn.5PAMAM代數的增加，其表面陰電荷密度逐漸升高。這是由于A-Gn.5PAMAM的表面電荷密度與其端基數量密切相關。G4.5PAMAM、G5.5PAMAM和G6.5PAMAM的理論外層端基數分別為64、128和256，因此高代數的A-Gn.5PAMAM具有更高的陰電荷密度。

表1還表明，隨著體系pH值的升高，A-Gn.5PAMAM的陰電荷密度呈升高的趨勢。說明A-Gn.5PAMAM可以用作微粒助留助濾體系中的有機陰離子微粒，并可望在堿性紙張抄造體系中發揮更好的作用。
 

3  A-Gn.5PAMAM與S-CPAM、CPAM組成有機微粒助留助濾體系

不同代數的A-Gn.5PAMAM與S-PAM、CPAM組成的有機微粒助留助濾體系對漂白舊報紙脫墨漿的作用效果見表2。

表2  有機微粒助留助濾體系對紙漿的作用效果

 

由表2可以看出，在提高紙料單程留著率的同時，可以明顯改善漂白舊報紙脫墨漿的濾水性能。

由表2還可以看出，在相同條件下，A-G6.5PAMAM的作用效果明顯好于A-G5.5PAMAM。這是由于理論上A-G6.5PAMAM的外層具有256個-COONa，是A-G5.5PAMAM端基數量的2倍。高代數A-Gn.5PAMAM的分子尺寸相對較大，對分散成小絮塊的漿料具有更好的絮聚能力。

3.1 A-Gn.5PAMAM用量的影響

A-Gn.5PAMAM用量對有機微粒體系的助留助濾作用效果的影響見圖1。

圖1  A-Gn.5PAMAM用量對有機微粒體系作用效果的影響

由圖1可見，漂白舊報紙脫墨漿的單程留著率和濾水性能隨著A-Gn.5PAMAM用量的增加而逐漸提高。

3.2 系統剪切作用的影響

微絮聚體受剪切作用的影響情況見圖2。

圖2  剪切力對有機微粒體系作用效果的影響

由圖2可以看出，隨著攪拌轉速的不斷提高，漂白舊報紙脫墨漿的單程留著率和濾水速率逐漸降低。

3.3 漿料系統pH值的影響

有機微粒體系在不同pH值條件下的助留助濾作用效果見圖3。

圖3  pH值對有機微粒體系作用效果的影響

圖3表明，該有機微粒助留助濾體系在中、堿性體系中具有較好的作用效果。該有機微粒助留助濾體系在PH值較高體系中的作用效果會受一定影響。
 

4  陰離子有機微粒A-Gn.5PAMAM與無機微粒的協同作用

有機微粒與盤狀的膨潤土無機微粒之間的協同作用效果，實驗結果見圖4。

圖4  A-Gn.5PAMAM與膨潤土的協同作用效果

由圖4可以看出，當A-Gn.5PAMAM與膨潤土協同作為微粒助留助濾體系的陰離子微粒組分時，漂白舊報紙脫墨漿的單程留著率和濾水速率要好于兩者各自單獨的作用效果。
 

5  結論

高代數A-Gn.5PAMAM可以作為陰離子有機微粒組分與星形陽離子聚丙烯酰胺(S-CPAM)、陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)組成有機微粒助留助濾體系，提高漂白舊報紙脫墨漿的單程留著率和濾水性能，在中堿性范圍內具有良好的助留助濾作用效果，與無機陰離子微粒具有良好的協同作用。